DE19636965A1 - Elektrische Strahlungsquelle und Bestrahlungssystem mit dieser Strahlungsquelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Strahlungsquelle, insbesondere eine Entladungslampe, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Außer­ dem betrifft die Erfindung ein Bestrahlungssystem mit dieser Strahlungs­ quelle und mit einer Spannungsquelle gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruches 14.

Im Betrieb emittiert die Strahlungsquelle mittels einer dielektrisch behinder­ ten Entladung inkohärente Strahlung. Eine dielektrisch behinderte Ent­ ladung wird dadurch erzeugt, daß eine oder beide der mit der Spannungs­ quelle verbundenen Elektroden der Entladungsanordnung durch ein Dielek­ trikum von der Entladung im Innern des Entladungsgefäßes getrennt ist bzw. sind (einseitig bzw. beidseitig dielektrisch behinderte Entladung).

Unter inkohärent emittierenden Strahlungsquellen sind hier UV(Ultraviolett)- und IR(Infrarot)-Strahler sowie Entladungslampen, die insbesondere sichtbares Licht abstrahlen, zu verstehen.

Strahlungsquellen dieser Art eignen sich, je nach dem Spektrum der emittier­ ten Strahlung, für die Allgemein- und Hilfsbeleuchtung, z. B. Wohn- und Bü­ robeleuchtung bzw. Hintergrundbeleuchtung von Anzeigen, beispielsweise LCD′s (Liquid Crystal Displays), für die Verkehrs- und Signalbeleuchtung, sowie für die UV-Bestrahlung, z. B. Entkeimung oder Photolytik.

Die Erfindung geht aus von der WO 94/23442 und der darin offenbarten Be­ triebsweise für dielektrisch behinderte Entladungen. Diese Betriebsweise verwendet eine im Prinzip unbeschränkte Folge von Spannungsimpulsen, die durch Totzeiten oder Pausenzeiten voneinander getrennt sind. Entschei­ dend für die Effizienz der Nutzstrahlungserzeugung sind unter anderem die Impulsform sowie die Zeitdauern der Puls- bzw. Totzeiten. Bevorzugt wer­ den für diese Betriebsweise schmale, z. B. streifenartige Elektroden verwen­ det, die ein- oder zweiseitig dielektrisch behindert sein können. Stehen sich beispielsweise zwei längliche Elektroden parallel gegenüber, so wird eine Vielzahl gleichartiger, in Draufsicht, also senkrecht zur Ebene, in der die bei­ den Elektroden angeordnet sind, deltaähnlicher (Δ) Entladungsstrukturen erzeugt, die nebeneinander entlang der Elektroden aufgereiht sind und sich jeweils in Richtung der (momentanen) Anode verbreitern. Im Fall wechseln­ der Polarität der Spannungspulse einer zweiseitig dielektrisch behinderten Entladung erscheint visuell eine Überlagerung zweier deltaförmiger Struktu­ ren. Da diese Entladungsstrukturen bevorzugt mit Wiederholfrequenzen im kHz-Bereich erzeugt werden, nimmt der Betrachter nur eine der zeitlichen Auflösung des menschlichen Auges entsprechende "mittlere" Entla­ dungsstruktur wahr, etwa in der Form einer Sanduhr. Die Anzahl der ein­ zelnen Entladungsstrukturen ist unter anderem durch die eingekoppelte elektrische Leistung beeinflußbar. Nachteilig allerdings ist, daß einzelne Entladungsstrukturen ihren jeweilige Ort entlang der Elektroden unter Um­ ständen spontan ändern können, wodurch eine gewisse Instabilität der Strahlungsverteilung resultiert. Außerdem können sich die Entladungsstruk­ turen auch in Teilbereichen des Entladungsgefäßes häufen, wodurch die Lei­ stungsverteilung in Bezug auf das gesamte Volumen des Entladungsgefäßes sehr ungleichmäßig sein kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die genannten Nachteile zu be­ seitigen und eine Strahlungsquelle mit einer bezüglich des Gesamtvolumens ihres Entladungsgefäßes gleichmäßigeren Leistungsverteilung sowie mit ei­ ner, insbesondere zeitlich stabileren Gesamtentladung anzugeben. Ein weite­ rer Aspekt der Erfindung ist die Verbesserung der Effizienz der Nutzstrah­ lungserzeugung.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkma­ le des Patentanspruchs 1 gelöst. Besonders vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Bestrahlungssystem anzuge­ ben, welches die genannte Strahlungsquelle enthält. Diese Aufgabe wird er­ findungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 14 gelöst.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht darin, mittels einer Vielzahl lokal begrenzter Verstärkungen des elektrischen Feldes gezielt räumlich bevorzug­ te Ansatzpunkte für die Einzelentladungen zu schaffen. Die Einzelentladun­ gen werden gleichsam an die Stellen dieser lokalen Feldverstärkungen ge­ zwungen und bleiben dort im wesentlichen ortsfest. Folglich ist die Ge­ samtstruktur der Entladung zeitlich weitgehend stabil. Die konkrete Form der Einzelentladungen spielt dabei nur eine untergeordnete Rolle. Zwar sind die eingangs genannten delta- und sanduhrförmigen Einzelentladungen auf­ grund ihrer hohen Effizienz der Nutzstrahlungserzeugung besonders geeig­ net. Gleichwohl ist die Erfindung nicht auf derart geformte Einzelentladun­ gen beschränkt.

Die Stellen zur lokalen Feldverstärkung können durch verschiedene Maß­ nahmen realisiert werden, wie folgende vereinfachende Betrachtung zeigt. Bezeichnet U(t) die an zwei im Abstand d angeordneten Elektroden ange­ legte zeitlich veränderliche Spannung, so resultiert daraus zwischen den Elektroden ein elektrisches Feld mit der näherungsweisen Stärke E(t) = U(t)/d. Folglich können die lokalen Feldverstärkungen E(t;r=r_i = U(t)/d(r_i) durch lokales Verkürzen des Elektrodenabstandes d(r) an den entsprechenden Stellen r_irealisiert werden, wobei i=1, 2, 3, . . . n und n die Gesamtzahl der Feldverstärkungen bezeichnen.

Außerdem ist die elektrische Feldstärke E(r) im Entladungsraum durch die kapazitive Wirkung der dielektrischen Schicht(en) der behinderten Elektro­ de(n) beeinflußbar. Durch die kapazitive Wirkung des Dielektrikums wird nämlich die elektrische Feldstärke E(r) im Entladungsraum geschwächt. Er­ findungsgemäße lokale Feldverstärkungen E(r=r_i sind folglich auch durch lokal begrenzte Verringerungen der (Gesamt)Dicke b(r_i) und/oder durch Erhöhungen der relativen Dielektrizitätskonstante(n) ε (r_i) der dielektri­ schen Schicht(en) an den entsprechenden Stellen r_irealisierbar.

Die Stellen lokaler Feldverstärkung werden also durch den gezielten Aufbau mindestens einer der Elektroden und/oder des dielektrischen Materials ge­ schaffen. Die geometrische Ausdehnung der Stellen ist dabei auf die konkre­ ten Abmessungen der jeweiligen Einzelentladungen abgestimmt. Unter der Bezeichnung "Aufbau" sind dabei sowohl Form, Struktur, Material als auch räumliche Anordnung und Orientierung zu verstehen.

Die Abstandsverkürzungen Δd(r_i) werden durch besonders geformte bzw. strukturierte Elektroden erzielt, die zudem in geeigneter Weise räumlich zueinander angeordnet sind. Die konkrete Ausführung der Elektrodenkonfi­ guration ist auf die Form bzw. Symmetrie des Entladungsgefäßes abge­ stimmt. Außerdem ist bei der Verwendung von bipolaren Spannungspulsen zu berücksichtigen, daß die Elektroden unterschiedlicher Polarität abwech­ selnd als Kathode bzw. Anode wirken und folglich idealerweise völlig gleich gestaltet sein sollten. Im Falle der Verwendung von unipolaren Spannungs­ pulsen ist es hingegen zweckmäßig, nur die Kathode gezielt zu strukturieren bzw. zu formen, da dort die "Spitzen" der deltaförmigen Einzelentladungen ansetzen.

Für quaderförmige oder flächenartig ebene Entladungsgefäße eignen sich zwei oder mehrere im wesentlichen längliche Elektroden, die parallel zuein­ ander angeordnet sind. Für die vorteilhafte Wirkung der erfindungsgemäßen Strukturierung der Elektrode spielt es keine Rolle, ob die Elektroden alle au­ ßerhalb oder innerhalb, auf einer Seite oder auf einander gegenüberliegen­ den Seiten des Entladungsgefäßes angeordnet sind. Wichtig ist nur, daß ent­ weder mindestens eine Elektrode (einseitig dielektrisch behinderte Entla­ dung) oder auch alle Elektroden (beidseitig dielektrisch behinderte Entla­ dung) durch eine dielektrische Schicht von der Entladung getrennt ist bzw. sind.

Mindestens eine der Elektroden ist in der Gefäßebene in regelmäßigen Ab­ ständen mit Ausformungen versehen, die sich in Richtung der Gegenelek­ trode(n) derart erstrecken, daß dadurch eine vorgebbare Anzahl n von Ab­ standsverkürzungen Δd(r_i) mit i=1, 2, 3, . . . n erreicht wird. Geeignet sind z. B. stabförmige Elektroden mit nasenartigen Ausformungen oder "zickzack-" sowie rechteckartige Formen.

Halbkreisrunde bzw. halbkugelige Ausformungen sind besonders günstig, da in diesem Fall - im Unterschied zu rechteckigen oder dreieckigen For­ men - sowohl jeweils ein definiert kürzester Abstand realisiert wird als auch unerwünschte Spitzenwirkungen vermieden werden.

Die Ausformungen bzw. Formgebungen der jeweiligen Elektrode sind so bemessen, daß die dadurch erzielten lokalen Feldverstärkungen E(r_i) einer­ seits ausreichend hoch sind, um die Einzelentladungen zuverlässig an aus­ schließlich diesen Stellen r_ider Abstandsverkürzungen Δd(r_i) zu erzeugen. Andererseits ist das von den Ausformungen bzw. durch die Formgebung der Elektrode beanspruchte Teilvolumen des Entladungsgefäßes von den Ein­ zelentladungen selbst nicht nutzbar. Unter der Vorgabe, ein möglichst kom­ paktes Entladungsgefäßes bzw. ein effizient genutztes Gefäßvolumen zu schaffen, ist daher eher eine relativ geringe Abstandsverkürzung anzustre­ ben. Im Einzelfall ist also ein akzeptabler Kompromiß zu finden.

Typische Verhältnisse zwischen Abstandsverkürzung Δd(r_i) und effektiver Schlagweite w für die Einzelentladungen liegen im Bereich zwischen ca. 0,1 und 0,4. Als effektive Schlagweite w ist hier der um die Dicke b des Dielek­ trikums verminderte jeweilige Abstand d(r_i) zwischen einander benachbar­ ten Elektroden unterschiedlicher Polarität an den Stellen r_i bezeichnet, also w=d(r_i)-b.

Für zylindrische Entladungsgefäße eignet sich insbesondere eine Kombinati­ on aus einer wendelförmigen und einer oder mehrerer länglicher Elektroden. Die wendelförmige Elektrode ist bevorzugt zentrisch axial im Innern des Entladungsgefäßes angeordnet. Die längliche Elektrode bzw. Elektroden sind in einem vorgebbaren Abstand zur Mantelfläche der Elektrodenwendel, beispielsweise auf der Außenwandung des Zylindermantels des Entla­ dungsgefäßes, bevorzugt parallel zur Zylinderlängsachse angeordnet. Durch diese gezielte Formgebung sowie Anordnung der Elektroden ist eine Viel­ zahl voneinander getrennter Stellen mit verkürzten Elektrodenabständen geschaffen. Die Ganghöhe - d. h. die Strecke, innerhalb der die Wendel eine vollständige Umdrehung ausführt - ist bevorzugt ungefähr so groß wie die maximalen Querausdehnung - bei deltaartigen Formen entspricht dies der Fußbreite - der Einzelentladungen oder größer, um ein Überlappen der Ein­ zelentladungen zu verhindern.

In der DE 41 40 497 A1 ist zwar bereits ein Hochleistungsstrahler, insbeson­ dere für ultraviolettes Licht, mit einer wendelförmigen Innenelektrode of­ fenbart. Diese Innenelektrode dient allerdings lediglich der Ankopplung ei­ nes Pols einer Wechselspannungsquelle an einen als verteilte Zusatzkapazi­ tät wirkenden Formkörper. Die Ankopplung des elektrischen Wechselfeldes wird durch eine Flüssigkeit mit hoher Dielektrizitätskonstante, vorzugsweise demimeralisiertes Wasser (ε = 81) unterstützt. Außerdem ist die Gegenelek­ trode in Form eines Drahtnetzes realisiert. Jeweils lokal auf die Einzelentla­ dungen der eingangs geschilderten Art begrenzte Feldverstärkungen resul­ tieren aus dieser Konfiguration nicht. Folglich ist damit weder eine Erzeu­ gung noch eine erfindungsgemäße Separierung von entsprechenden Ein­ zelentladungen möglich.

Zur Vervollständigung der Strahlungsquelle zu einem Bestrahlungssystem sind die Elektroden der Strahlungsquelle wechselweise mit den beiden Polen einer Impulsspannungsquelle verbunden. Die Impulsspannungsquelle liefert durch Pausen unterbrochene Spannungspulse, wie beispielsweise in der WO 94/23442 offenbart.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist es, die Überlappung von Einzelentla­ dungen weitgehend zu verhindern oder aber mindestens einzuschränken. Es hat sich nämlich gezeigt, daß die Effizienz für die Erzeugung von Nutzstrah­ lung mit abnehmender Überlappung zunimmt. Auf der anderen Seite läßt sich durch Zusammenrücken bzw. Überlappen der Einzelentladungen die in das Volumen des Entladungsgefäßes einkoppelbare elektrische Leistung steigern. Daher ist im Einzelfall ein geeigneter Kompromiß zwischen der Höhe der Leistung (stärkere Überlappung) und der Höhe der Effizienz (geringere Überlappung) zu wählen. Je nach Anforderung kann dabei ent­ weder der absolute Wert der Strahlungsleistung oder die Effizienz der Strahlungsleistung, d. h. im Falle von sichtbarer Strahlung die Höhe des Lichtstroms bzw. der Lichtausbeute, stärker gewichtet werden.

Unter diesen Gesichtspunkten hat sich ein auf die maximale Querausdeh­ nung der Einzelentladungen normierter Abstand im Bereich von ca. 0,5 bis 1,5 als geeignet erwiesen. Dabei bedeuten normierte Abstände von z. B. 0,5, 1 und 1,5, daß die Mittelachsen benachbarter Teilentladungen um die Hälfte, das Einfache bzw. Eineinhalbfache ihrer maximalen Querausdehnung von­ einander entfernt sind, was einer Überlappung, einer Berührung ohne Über­ lappung bzw. einer Beabstandung der Teilentladungen entspricht. Im Falle beabstandeter Teilentladungen, d. h. daß zwischen den Teilentladungen ein entladungsfreier Bereich ist, kann eine gegenseitige Beeinflussung der Tei­ lentladungen weitgehend ausgeschlossen werden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand einiger Ausführungsbeispiele nä­ her erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Entladungsanordnung für eine gepul­ ste, einseitig dielektrisch behinderte Entladung mit zwei nebenein­ ander angeordneten Elektroden mit lokalen Verkürzungen des Elek­ trodenabstandes,

Fig. 2 eine Variation der Anordnung aus Fig. 1 mit zwei Anoden und sä­ gezahnförmiger Kathode,

Fig. 3 eine weitere Variation der Anordnung aus Fig. 1 mit zwei Anoden und stufenförmiger Kathode,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel eines Flachstrahlers mit einer Kathode mit nasenartigen Fortsätzen,

Fig. 5a ein Ausführungsbeispiel einer zylindrischen Entladungslampe mit einer spiralförmigen Kathode in Seitenansicht,

Fig. 5b den Querschnitt entlang A-A der in Fig. 5a gezeigten Entladungs­ lampe,

Fig. 5c einen Teil eines Längsschnittes entlang B-B der in Fig. 5a gezeigten Entladungslampe.

Fig. 1 dient in erster Linie zur Erläuterung des Prinzips der Erfindung - nämlich die gezielte Lokalisierung der Einzelentladungen einer gepulsten dielektrisch behinderten Entladung mittels lokaler Feldverstärkungen - und zwar anhand lokaler Verkürzungen des Elektrodenabstandes einer Entla­ dungsanordnung 1. Zu diesem Zweck zeigt Fig. 1 einen Längsschnitt der Entladungsanordnung 1 mit zwei zueinander parallel im Abstand d ange­ ordneten länglichen Elektroden 2, 3 in schematischer Darstellung. Eine erste 2 der beiden Elektroden 2, 3 ist durch eine dielektrische Schicht 4 vom angren­ zenden, sich zwischen den beiden Elektroden 2, 3 erstreckenden Entladungs­ raum getrennt. Die zweite metallische Elektrode 3 ist hingegen unbeschich­ tet. Es handelt sich hierbei also um eine einseitig dielektrisch behinderte Entladungsanordnung, die besonders effizient mit unipolaren Spannungs­ pulsen betrieben wird. Dabei ist die Polarität so gewählt, daß die dielektrisch behinderte Elektrode 2 als Anode und die unbehinderte Elektrode 3 folglich als Kathode wirken.

Die Kathode 3 weist vier nasenartige Fortsätze 9-12 auf, die der Anode 2 zu­ gewandt sind. Dadurch werden an den Stellen der Fortsätze 9-12 lokal be­ grenzte Verstärkungen des elektrischen Feldes erzeugt. Diese gezielte Feld­ verstärkungen bewirken, daß - eine ausreichend hohe elektrische Leistung vorausgesetzt - an jedem dieser Fortsätze 9-12 jeweils eine deltaförmige Ein­ zelentladung 5-8 mit ihrer Spitze ansetzt. Um ein unerwünschtes Wandern der Ansatzstellen für die Spitzen der Einzelentladungen 5-8 auf den Fortsät­ zen 9-12 zu verhindern oder zumindest zu begrenzen, ist die Transver­ salausdehnung s des jeweiligen Fortsatzes, d. h. die Ausdehnung längs der Kathode 3 relativ gering im Vergleich zur Breite f des Fußes einer Einzelent­ ladung. Typisch beträgt die Transversalausdehnung s etwa 1/10 von der Fußbreite f. Ein weiteres wichtiges Maß sind die Lateralausdehnungen l der Fortsätze 9-12, d. h. die Ausdehnung in Richtung der jeweils kürzesten Ent­ fernung zur gegenüber liegenden Anode 2 - also die in der Beschreibung zu­ vor erläuterte Abstandsverkürzung Δd(r_i). Der jeweilige Abstand zwischen den Fortsätzen 9-12 und der Anode - abzüglich der dielektrischen Schicht 4 - ergibt somit die effektive Schlagweite w für die Einzelentladungen 5-8. Folg­ lich werden die Lateralausdehnungen l so bemessen, daß ,bei angelegter Elektrodenspannung U(t) eine ausreichende Feldverstärkung E(t) = U(t)/w erzielt wird, um ein zuverlässiges Ansetzen der Einzelentladungen 5-8 zu gewährleisten. Typisch liegt das Verhältnis von Lateralausdehnung l und effektiver Schlagweite w im Bereich zwischen ca. 0,1 und 0,4.

Die Abstände benachbarter Einzelentladungen 5-8 sind durch die Abstände a der zugehörigen Fortsätze 9-12 beeinflußbar. Zur Verdeutlichung dieses Konzeptes sind in der Fig. 1 die Abstände der aufeinander folgenden Fort­ sätze 9-12 und folglich auch der zugehörigen Einzelentladungen 5-8 unter­ schiedlich gewählt. Außerdem ist angenommen, daß die deltaförmigen Ein­ zelentladungen 5-8 die Form eines gleichseitigen Dreiecks aufweisen. Der gegenseitige Abstand der beiden ersten Fortsätze 9 und 10 entspricht gerade der halben Fußbreite f der beiden zugehörigen Einzelentladungen 5 und 6, entsprechend einem auf die Fußbreite f normierten Abstand von 0,5. Folglich überlappen sich diese beiden Einzelentladungen 5 und 6 im Überlappbe­ reich 13. Der gegenseitige Abstand des zweiten und dritten Fortsatzes 6 bzw. 7 entspricht gerade der ganzen Fußbreite f der beiden zugehörigen Einzelent­ ladungen 6 und 7, entsprechend einem normierten Abstand von 1. Folglich schließen diese beiden Einzelentladungen 6 und 7 unmittelbar aneinander an, ohne Überlapp, aber auch ohne entladungsfreien Raum zwischen den Fußbereichen beider Einzelentladungen 6 und 7. Der gegenseitige Abstand des dritten und vierten Fortsatzes 11 bzw. 12 ist schließlich größer als die Fußbreite f der beiden zugehörigen Einzelentladungen 7 und 8, entsprechend einem normierten Abstand größer 1. Folglich sind diese beiden Einzelentla­ dungen 7 und 8 von einander durch einen entladungsfreien Raum zwischen ihren Fußbereichen getrennt.

In den Fig. 2 und 3 sind Variationen der Entladungsanordnung von Fig. 1 mit jeweils zwei zueinander parallel angeordneten Anoden schema­ tisch dargestellt. Gleichartige Merkmale sind mit gleichen Bezugsziffern ver­ sehen.

In Fig. 2 sind die lokalen Verkürzungen des Elektrodenabstandes durch eine in der Ebene der beiden Anoden 2a, 2b zentrisch angeordneten "zick­ zack"- bzw. sägezahnförmigen Kathode 14, beispielsweise aus einem Me­ talldraht gebogen, realisiert. Die sechs Zacken 15-20 der Kathode 14 weisen abwechselnd zu der einen bzw. anderen der beiden Anoden 2a, 2b. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei entsprechender elektrischer Leistung an jeder der Zacken 15-20 genau eine deltaförmige Einzelentladung 21-26 ansetzt. Dabei enden die an den "ungeradzahligen Zacken", d. h. der ersten Zacke 15 und an den jeweils übernächsten Zacken 17 und 19 ansetzenden Einzelentla­ dung 21, 23, 25 an der einen Anode 2a. Die an den dazwischen liegenden bzw. nächst folgenden "geradzahligen" Zacken 16, 18, 20 ansetzenden Einzelentla­ dung 22, 24, 26 enden hingegen an der gegenüberliegenden anderen An­ ode 2b. Die gegenseitigen Abstände der Einzelentladungen sind durch die entsprechenden Abstände der Zacken beeinflußbar. In der Fig. 2 sind die Abstände zwischen den übernächsten Nachbarzacken 15, 17; 17, 19 bzw. 16, 18 und 18, 20 jeweils genauso groß gewählt, wie die Fußbreite der Einzelentla­ dungen 21-26. Folglich sind sowohl die "ungeradzahligen" als auch die "geradzahligen" Einzelentladungen 21, 23, 25 bzw. 22, 24, 26 jeweils unmittel­ bar aneinander angrenzend zu beiden Seiten der Kathode 14 aufgereiht.

In Fig. 3 ist gegenüber Fig. 1 lediglich die Kathode 27 geändert und zwar in der Weise, daß sich zentrisch zwischen den beiden Anoden 2a, 2b eine Fol­ ge von vier Stufen 28-31, beispielsweise aus einem Metalldraht gebogen, er­ streckt. Die Stufen 28-31 sind abwechselnd zu der einen Anode 2a bzw. an­ deren Anoden 2b orientiert, so daß diese Stufen als lokale Verkürzungen des Elektrodenabstandes fungieren.

Die Entladungsanordnung in Fig. 3 eignet sich insbesondere für "vorhangähnliche" Entladungsstrukturen, wie sie unter bestimmten Entla­ dungsbedingungen, z. B. relativ geringem Druck des Gases oder Gasgemi­ sches innerhalb des Entladungsgefäßes, erzeugt werden können. Unter die­ sen besonderen Bedingungen bilden sich also keine deltaförmige Einzelent­ ladungen aus. Vielmehr brennen dann zwischen den Stufen 28, 30 und der benachbarten Anode 2a einerseits sowie zwischen den Stufen 29, 31 und der benachbarten Anode 2b andererseits jeweils rechteckartige Entladun­ gen 32, 34 bzw. 33, 35.

In einer Variante ist die stufenartige Kathode zusätzlich von einer dünnen dielektrischen Schicht überzogen (nicht dargestellt). Auf diese Weise ist eine beidseitig dielektrisch behinderte Anordnung realisiert. Damit ist auch eine effiziente Betriebsweise mit bipolaren Spannungspulsen möglich. Dabei än­ dern sich die Ausrichtung der deltaförmigen Einzelentladungen ständig mit der wechselnden Polarität der Spannungspulse in entgegen gesetzter Rich­ tung. Bei typischen Pulswiederholfrequenzen im Bereich von einigen zehn Kilohertz entsteht der visuelle Eindruck von "sanduhrförmigen" Einzelent­ ladungen (nicht dargestellt).

Darüber hinaus sind noch viele weitere geeignete Formen für die Kathode denkbar, die das erfindungsgemäße Merkmal lokal begrenzter Verkürzun­ gen des Elektrodenabstands aufweisen. Insbesondere können die Elektroden auch in Form von Leiterbahnen auf einer Innen- oder Außenwandung des Entladungsgefäßes aufgedruckt sein, wie beispielsweise in der EP 0 363 832 A1 beschrieben. Wesentlich für die vorteilhafte Wirkung der Erfindung sind lediglich die zusätzlichen Mittel zur lokalen Feldverstärkung und zwar je ein Mittel pro Einzelentladung. Außerdem können die Elektro­ den statt in einer Ebene genauso gut räumlich angeordnet sein.

Die Fig. 4a und 4b zeigen in schematischer Darstellung eine Ausfüh­ rungsform eines Bestrahlungssystems mit flächenartigem Strahler 36 und elektrischem Versorgungsgerät 37 teils im Längsschnitt bzw. im Querschnitt. Die Elektrodenanordnung ist ähnlich, wie die zur Erläuterung der Erfin­ dungsidee in Fig. 1 gezeigte. Der Strahler 36 besteht aus einem länglichen quaderförmigen Entladungsgefäß 38 aus Glas. Im Innern des Entladungsge­ fäßes 38 befindet sich Xenon mit einem Fülldruck von ca. 8 kPa. In der Längsachse des Entladungsgefäßes 38 ist eine erste, mit dem Minuspol des Versorgungsgeräts 37 verbundene Elektrode 39 (Kathode) zentrisch ange­ ordnet. Auf den Außenwandungen der beiden zur Längsachse parallelen schmalen Seitenflächen 40a, 40b sind jeweils eine weitere, mit dem Pluspol des Versorgungsgeräts 37 verbundene streifenförmige Elektrode 41a, 41b (Anode) aus Aluminiumfolie angeordnet. Die Kathode 39 besteht aus einem Metallstab, der im gegenseitigen Abstand von ca. 15 mm mit drei Paaren von nasenartigen Fortsätzen 42a, 42b-44a, 44b versehen ist. Die beiden Fortsätze eines jeden Paares 42a, 42b-44a, 44b sind in entgegen gesetzter Richtung und zu je einer der beiden Anoden 41a, 41b hin orientiert. Die Fortsätze 42a, 42b- 44a, 44b sind halbkreisförmig mit einem Durchmesser von ca. 2 mm ausge­ bildet. Die Lateralausdehnung l in Richtung jeweiliger Anode beträgt also ca. 1 mm. Zusammen mit einer effektive Schlagweite w von ca. 9 mm folgt dar­ aus für den Quotienten l/w ein Wert von ca. 0,11. Das Versorgungsgerät 37 liefert im Betrieb eine Folge von negativen Spannungspulsen mit Breiten (volle Breite bei halber Höhe) von ca. 1 µs und einer Pulswiederholfrequenz von ca. 80 kHz. Damit können innerhalb des Entladungsgefäßes 38 an jedem der Fortsätze 42a, 42b-44a, 44b je eine deltaförmige Einzelentladung 45a, 45b- 47a, 47b erzeugt werden. Dabei setzt jede Einzelentladung mit ihrer Spitze an einem Fortsatz an und verbreitert sich bis zur als dielektrische Schicht wir­ kenden gegenüberliegenden Seitenwand 40a, 40b, auf deren Außenwandung die zugehörige Anode 41a, 41b befestigt ist.

In Fig. 5a ist die Seitenansicht, in Fig. 5b der Querschnitt und in Fig. 5c ein Teillängsschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Ent­ ladungslampe 48 gezeigt. Sie ähnelt in ihrer äußeren Form konventionellen Lampen mit Edison-Sockel 49. Innerhalb des kreiszylindrischen Entla­ dungsgefäßes 50 aus 0,7 mm dickem Glas ist eine längliche Innenelektrode 51 zentrisch angeordnet. Das Entladungsgefäß 50 weist einen Durchmesser von ca. 50 mm auf. Das Innere des Entladungsgefäßes 50 ist mit Xenon bei einem Druck von 173 hPa gefüllt. Die Innenelektrode 51 ist aus Metalldraht als rechtsdrehende Wendel geformt. Die jeweiligen Durchmesser des Me­ talldrahtes und der Wendel 51 betragen 1, 2 mm bzw. 10 mm. Die Ganghö­ he h - d. h. die Strecke, innerhalb der die Wendel eine vollständige Umdre­ hung ausführt - beträgt 15 mm. Dieser Wert entspricht ungefähr der Fußbrei­ te f der deltaförmigen Einzelentladungen. Auf der Außenwandung des Ent­ ladungsgefäßes 50 sind vier Außenelektroden 52a-52d in Form von 8 cm lan­ gen Leitsilberstreifen äquidistant und parallel zur Wendellängsachse ange­ bracht. Folglich gibt es pro Windung jeweils vier äquidistante Stellen 53a-53d auf der Außenfläche der Wendelelektrode 51, die den korrespondierenden Außenelektroden 52a-52d unmittelbar benachbart sind. An diesen vier Stel­ len mit kürzester Schlagweite w setzt jeweils die Spitze einer deltaförmigen Einzelentladung 54a-54d an und verbreitert sich bis zur Innenwandung des Entladungsgefäßes 50 in Richtung Außenelektroden 52a-52d. Diese Stellen kürzester Schlagweite wiederholen sich von Windung zu Windung und längs der Außenelektroden 52a-52d. Auf diese Weise brennen die Einzelent­ ladungen gezielt voneinander separiert in zwei sich senkrecht in der Lam­ penlängsachse schneidenden Ebenen, wobei jede Ebene durch zwei gegen­ überliegende Außenelektroden 52a, 52c bzw. 52b, 52d hindurch verläuft. Au­ ßerdem ist durch die gezielte Wahl von h ≈ f gewährleistet, daß sich die Einzelentladungen längs der Außenelektroden 52a-52d nicht gegenseitig überlappen.

Im Bereich des Sockels des Entladungsgefäßes 50 sind die Außenelektro­ den 52a-52d mittels eines ringförmig auf die Außenwand angebrachten Leitsilberstreifens 52e miteinander elektrisch leitend verbunden. Die In­ nenwand des Entladungsgefäßes 50 ist mit einer Leuchtstoffschicht 55 be­ schichtet. Es handelt sich dabei um einen Dreibandenleuchtstoff mit der Blaukomponente BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺, der Grünkomponente La- PO₄: (Tb³⁺, Ce³⁺) und der Rotkomponente (Gd,Y)BO₃:Eu³⁺. Damit werden im Pulsbetrieb mit Spannungspulsen von ca. 1,2 µs Pulsbreite, jeweils von­ einander getrennt durch 37, 4 µs Pausendauer, eine Lichtausbeute von ca. 45 lm/W erzielt. Dies entspricht gegenüber der in der WO 94/23442 offen­ barten Lampe ähnlichen Typs, aber mit Stabelektrode, d. h. ohne gezielte Se­ parierung der Einzelentladungen, einer Ausbeutesteigerung von ca. 12-13%. In einer Variante ist ein Vorschaltgerät (nicht dargestellt), welches die für den Betrieb der Lampe erforderlichen Spannungspulse liefert, in den Lam­ pensockel 49 integriert.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebenen Ausführungsbeispiele be­ schränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale verschiedener Aus­ führungsbeispiele in geeigneter Weise miteinander kombiniert werden.

Claims (14)

1. Strahlungsquelle (36; 48), insbesondere Entladungslampe (48), die für den Betrieb einer dielektrisch behinderten, gepulsten Entladung geeig­ net ist, wobei die Strahlungsquelle (36; 48) ein zumindest teilweise transparentes und mit einer Gasfüllung gefülltes geschlossenes (38; 50) oder von einem Gas oder Gasgemisch durchströmtes offenes Entla­ dungsgefäß aus elektrisch nichtleitendem Material sowie Elektro­ den (39, 41a, 41b; 51, 52a-52d) aufweist, wobei mindestens eine der Elek­ troden (41a, 41b; 52a-52d) vom Innern des Entladungsgefäßes durch dielektrisches Material (40a, 40b; 50) getrennt ist und wobei während des gepulsten Betriebes zwischen den Elektroden entgegengesetzter Polari­ tät jeweils ein elektrisches Feld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Aufbau mindestens einer der Elektroden und/oder des dielektrischen Materials Stellen zur lokalen Verstärkung des elektri­ schen Feldes geschaffen sind derart, daß während des gepulsten Betrie­ bes eine oder mehrere dielektrisch behinderte Einzelentladungen aus­ schließlich an diesen Stellen erzeugt werden, wobei pro Stelle höchstens eine Einzelentladung erzeugt wird.

2. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gegenseitige Abstand der einzelnen Stellen zur lokalen Verstärkung des elektrischen Feldes derart gewählt ist, daß die Einzelentladungen im wesentlichen nicht überlappen.

3. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der auf die maximale Querausdehnung der Einzelentladungen normierte Abstand der einzelnen Stellen zur lokalen Verstärkung des elektrischen Feldes im Bereich zwischen ca. 0,5 und 1,5, bevorzugt im Bereich zwi­ schen 0,9 und 1,3 liegt.

4. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stellen zur lokalen Feldverstärkung geschaffene Aufbau mindestens einer der Elektroden zur Erzeugung derart ist, daß die Elektroden ent­ gegengesetzter Polarität lokal begrenzte Abstandsverkürzungen auf­ weisen.

5. Strahlungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lokal begrenzten Abstandsverkürzungen als nasenartige Fortsätze (9- 12; 42a; 42b-44a; 44b) realisiert sind.

6. Strahlungsquelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fortsätze (42a; 42b-44a; 44b) eine halbkreisrunde bzw. halbkugelige Form aufweisen.

7. Strahlungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lokal begrenzten Abstandsverkürzungen mittels einer Elektrode (27) mit der Form einer Rechteckwelle realisiert sind.

8. Strahlungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lokal begrenzten Abstandsverkürzungen mittels einer sägezahnförmi­ gen Elektrode (14) realisiert sind.

9. Strahlungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die lokal begrenzten Abstandsverkürzungen mittels einer wendelförmigen Elektrode (51) und mindestens einer länglichen Gegenelektrode (52a- 52d) realisiert sind, wobei die Gegenelektrode(n) (52a-52d) im wesentli­ chen parallel zur Längsachse der wendelförmigen Elektrode (51) ange­ ordnet ist (sind).

10. Strahlungsquelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ganghöhe (h) der wendelförmigen Elektrode (51) mindestens der ma­ ximalen Querausdehnung (f) der Einzelentladungen (54a) entspricht.

11. Strahlungsquelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen dem Wert der lokalen Abstandsverkürzungen (l) und der Schlagweite (w) für die Einzelentladungen im Bereich zwischen ca. 0,1 und 0,4 liegt.

12. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stellen zur lokalen Feldverstärkung geschaffene Aufbau des dielek­ trischen Materials durch entsprechend lokal begrenzte Verringerungen der Dicke der dielektrischen Schicht realisiert ist.

13. Strahlungsquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die Stellen zur lokalen Feldverstärkung geschaffene Aufbau des dielek­ trischen Materials durch entsprechend lokal begrenzte Erhöhungen der relativen Dielektrizitätskonstante realisiert ist.

14. Bestrahlungssystem mit einer Strahlungsquelle (36), insbesondere einer Entladungslampe, und einer Spannungsquelle (37), welche Spannungs­ quelle (37) fähig ist, eine Folge von Spannungspulsen zu liefern, wobei die einzelnen Spannungspulse jeweils durch Pausenzeiten voneinander getrennt sind, welche Strahlungsquelle (36) für eine dielektrisch behin­ derte, gepulste Entladung geeignet ist, wobei die Strahlungsquelle (36) ein zumindest teilweise transparentes und mit einer Gasfüllung gefüll­ tes geschlossenes (38) oder von einem Gas oder Gasgemisch durch­ strömtes offenes Entladungsgefäß aus elektrisch nichtleitendem Mate­ rial sowie Elektroden (39; 41a; 41b) aufweist, wobei mindestens eine der Elektroden (41a; 41b) vom Innern des Entladungsgefäßes durch dielek­ trisches Material (38) getrennt ist, welche Elektroden (39; 41a; 41b) mit der Spannungsquelle (37) verbunden sind und wobei während des ge­ pulsten Betriebes zwischen den Elektroden entgegengesetzter Polarität jeweils ein elektrisches Feld erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Aufbau mindestens einer der Elektroden und/oder des die­ lektrischen Materials Stellen zur lokalen Verstärkung des elektrischen Feldes geschaffen sind derart, daß während des Betriebes der Span­ nungsquelle (37) eine oder mehrere dielektrisch behinderte Einzelent­ ladungen ausschließlich an diesen Stellen erzeugt werden, wobei pro Stelle höchstens eine Einzelentladung erzeugt wird.